5G 在航天国防领域应用前瞻

赵 莹 彭振忠 / 文

近40 年来，美国主导或参与的局部战争，充分展现了在强大的天基通信、导航和侦察系统的支持下战争模式的快速演变。1991 年，海湾战争期间，美国对敌方目标的发现与确认是以“天”为尺度计算的；1999 年，科索沃战争期间则以“小时”为尺度计算；之后的阿富汗战争、伊拉克战争、利比亚战争更是实现了以“分钟”为尺度计算，美军从发现目标到确认并摧毁目标的时间进程大幅度的缩短了，其越来越接近“发现即摧毁”的理想状态。而在这背后隐藏着两个不可忽略的因素：打击端，以巡航导弹为代表的武器装备不断更新换代，飞行速度、隐身性能、打击精度和射程都发生了质的飞跃；信息端，以天基侦察卫星、无人机、网络等为代表的立体侦察指挥控制体系，为发现、确定并精确跟踪目标提供了强大信息支撑。

目前，美国、俄罗斯等国家不断强化空间进入、利用、控制和威慑能力。美国在航天军事化和商业化方面不断加码，在5G 上更是不遗余力意图霸权实现垄断，目前正试图通过强行加速5G 应用场景的落地来制造技术垄断的可能性。未来，随着5G 应用的成熟与推广，作为新一代通信技术，5G 有望从各个方面颠覆现有的信息流动方式，进而颠覆国家通信、物流、网络等国家基础设施，进而颠覆创新模式与战争模式，影响国家安全。

5G 技术竞赛方兴未艾

新一代通信技术的进步也为国防安全提出了新的机遇和挑战。回顾4G 时代，智能手机功能相较于冷战时期的超级计算机功能更为强大，物流更加便捷无处不达，以4G 技术为基础催生出的“应用经济”更是以前所未有的深度和强度改变社会生活，其最显著的是爆发式地催生出了一批创新成果，改变了人们信息获取和信息交互的方式，这又以硅谷的互联网创新企业最为著名，以Cisco、Intel、AMD 等为代表的通信技术软硬件服务商构建起人们通信的底层设施，以Apple、Google、HP、Oracle 等为代表的终端和软件服务商构筑起人们信息获取的终端软硬件平台，以Facebook、Snapchat 等为代表的软件服务商提供给人们信息获取与交互的平台。

5G 是第5 代移动网络技术的简称。5G 将拥有更高数据速传输速率，更低的延迟，更低的成本，更加节省能源，可提高系统容量和大规模设备连接能力，其关键能力比前几代移动通信技术更加丰富。5G 峰值传输速度理论上将超过每秒10 吉字节，这比4G 网络的传输速度快数百倍，一部高画质电影可在1 秒之内下载完成。

2018 年12 月，美国战略与国际问题研究中心发布题为《5G 技术将重塑创新与安全环境》的研究报告，报告指出5G 技术将提供更高的网络速度，更强的安全性和更大的容量。5G 技术将支持数字经济，成为下一代数字技术的支柱。关于5G 技术的决定将影响未来数十年内国家的安全和经济表现。

新一代通信技术的进步也为国防安全提出了新的机遇和挑战。以4G 技术为基础催生出的“应用经济”更是以前所未有的深度和强度改变社会生活，其最显著的是爆发式地催生出了一批创新成果，改变了人们信息获取和信息交互的方式，这又以硅谷的互联网创新企业最为著名，以Cisco、Intel、AMD 等为代表的通信技术软硬件服务商构建起人们通信的底层设施，以Apple、Google、HP、Oracle 等为代表的终端和软件服务商构筑起人们信息获取的终端软硬件平台，以Facebook、Snapchat 等为代表的软件服务商提供给人们信息获取与交互的平台。

根据国际电信联盟的定义5G 典型应用场景可以分为3 类：增强型移动宽带（eMBB）场景、海量机器类通信（mMTC）场景、高可靠低时延通信（uRLLC）场景。增强型移动宽带可为密集城市、农村、高流动性环境以及室内环境提供极高的吞吐量，用户将能够在几秒钟内下载3D 视频等数千兆字节的数据，并且虚拟现实/增强现实将成为日常应用；海量机器类通信，亦称低功耗大连接物联，可为智能城市、家居、电网、楼宇、制造、物流、农业、矿业等海量设备提供连接，在这基础之上，虚拟现实/增强现实、物联网、车联网、8K、智慧城市等应用将兴起；高可靠低时延通信主要服务于无人驾驶、公共和大众交通系统、无人驾驶飞行器、工业自动化、远程医疗以及智能电网监控等。

2019 年6 月，美国副总统彭斯在卫星大会上表示，“特朗普总统已经明确指出5G 竞赛是一场美国必然胜利的比赛，特朗普政府正通过增加5G 频谱的接入进而激发航天产业的创新”。

2019 年1 月，据《纽约时报》中文网报道，特朗普政府将5G 定性为“新军备竞赛”。虽然这是一场涉及技术而非常规武器的竞赛，但美国认为5G 技术上控制权的减弱将对美国的国家安全构成威胁。在一个由计算机网络控制着最强有力武器（除核武器以外）的时代，任何主导5G 技术的国家，都将在21 世纪的大部分时间拥有经济、情报和军事上的优势。

2018 年10 月，美国总统特朗普签署了名为《美国未来可持续频谱战略》的备忘录，指示商务部与NTIA 一起制定长期频谱战略，以帮助在美国推出5G网络技术。此外，特朗普还创建了一个白宫频谱战略工作组，该工作组将收集联邦机构关于政府频谱需求的报告，以及如何与私营部门用户共享该频谱。特朗普在备忘录中写道，“美国必须首先使用5G 技术……美国政府灵活、可预测的频谱接入将有助于确保联邦用户能够满足广泛的通信和非通信系统的当前和未来任务要求。”

2018 年3 月，美国总统特朗普签署了一项5G 法案——《Ray Baum Act》。这一法案的通过确定了将会有更多用于5G 的频谱，同时也为无线频谱拍卖清扫了障碍并在28 年后首次重新向美国联邦通信委员会（FCC）授权。FCC 主席Ajit Pai 表示，“特朗普总统和国会今日的行动将帮助美国在5G 领域领先于世界”。

基于5G 的平流层军用通信平台已初见端倪

2018 年9 月，空中客车公司成功利用高空气球对军用平流层4G/5G 通信技术进行了测试。此次测试的技术称之为Airbus LTE Air Node，是空中客车公司的机载安全组网军事通信项目的关键组成部分。利用新一代空中远距离通信技术，高空平台（如空客的西风无人机）将能够创建持久而安全的通信蜂窝，对来自多种平台（如直升机、战术无人机以及中空长航时无人机）的信息进行中继。

空客公司在加拿大利用一个平流层气球形成的高空蜂窝站点在地球上空21 千米的高度对此通信解决方案进行了测试。搭载有空客长期演进空中节点系统的气球覆盖范围达到30 平方千米。空客公司测试团队利用两部车和两架无人机，跟踪气球超过200 千米，并通过在不同资产之间传输4K 视频数据模拟了执行ISR 任务时的实时数据传输，该系统通过专用网进行数据传输的速率在0.5 ～4 兆字节之间，相当于4G/5G 移动通信。当不同飞机在彼此有效通信范围内飞行时，长期演进空中节点（LTE Air Node）能够在飞机之间提供安全的机会式通信。它能够在卫星和无人机的帮助下为机载资产、地面或者海上作战行动提供数周或者数月的高安全性通信能力。这种具有特殊用途的网络适用于所有用户，包括特种部队和灾难救援场景。

空客公司在2018 年范堡罗国际航展上推出了“天空网络”解决方案，它通过综合多种通信技术形成了一种弹性全球Mesh 网络，使飞机成为高速互联战场空间不可或缺的组成部分。

“天空网络”将整合各种技术，例如卫星链路（地球同步轨道、中、低地球轨道星座）、战术空-地、地-空和空-空链路、话音链路、5G 移动通信单元和激光通信连接，形成单一的全球安全网络。

“天空网络”是空中互联作战空间的基础，其目标是到2020 年提供完全运行能力。“天空网络”计划是空客公司“未来空中力量”项目的一部分，与欧洲未来作战空中系统（FCAS）的发展紧密相关。

5G 技术也具有重要的军事价值，可用于机器人、人工智能和许多先进的传感设备之中。企业家急于利用5G 技术提供新的服务和产品，这将对国防技术基础产生溢出效应。5G 技术将成为新军事能力的基础技术。

美国空间军事化近程不断加速

随着越来越多的国家有能力进入空间、利用空间，经济发展、国家安全对空间系统的依赖性不断加大，空间资源的争夺也变得日益激烈，陆地、海洋、低空领域的控制权越来越多的受空间控制权的影响，空间军事化进程明显加快，空间武器化趋势愈加明显。

2015 年8 月1 日，俄罗斯国防部长谢尔盖·绍伊古大将宣布，原空军、空天防御兵部队将合并为空天军，新组建的空天军受俄罗斯总参谋部领导，由俄罗斯空天军总司令部直接指挥。空天军司令部位于俄罗斯国防部大厦，坐落在莫斯科阿尔巴特区。新组建的俄罗斯空天军担负抵御空天进攻、保护国土免受敌人空天武器的打击、使用常规武器与核武器对敌方目标实施打击、对可能攻击俄罗斯国土目标的导弹实施拦截、为其他军兵种部队提供航空保障、为最高指挥机关提供外军洲际弹道导弹发射与攻击预警、对太空目标进行监视，消除来自太空的威胁，必要时对其进行拦截、发射轨道航空器，控制军用卫星系统，利用卫星提供必要的军事信息保障、在规定体制内保持战备，运行军用卫星系统及其发射、控制设施等。

面对来自美国的压力，目前俄罗斯正在更新其在轨军事通信卫星系统和侦察卫星系统，并强化俄军基于军用卫星的在轨机动进攻能力。2019 年7 月30 日，俄罗斯使用联盟2-1a 型运载火箭发射了第八颗“子午线”军民两用通信卫星，以补充其最新一代综合卫星通信系统（ISSS）。2019 年8 月1 日，俄罗斯国防部发表声明说，俄日前在太空利用一颗军用卫星对另一颗军用卫星进行了状态检查和在轨维护，2019 年7月10 日俄军方将包括宇宙-2535 和宇宙-2536 的多颗卫星送入太空。

2019 年2 月19 日，美总统特朗普以备忘录形式签发4 号太空政策令《建立美国天军》，明确最初将在空军部内建立美国天军，作为美国第六大军种，未来时机成熟后根据需要在国防部成立独立的天军部，并要求美国防部为此制定立法提案。该政策令阐明了三个定义：第一，美国天军，最初将依法设置在空军部内的新军种；第二，天军部，未来将负责组织、训练和装备美国天军的国防部军事部门；第三，美国太空司令部，根据2018 年12 月18 日总统备忘录成立的联合作战司令部，将负责联合部队太空作战，《统一指挥计划》将为其进行修订。

2018年6月18日，美国总统特朗普签署行政命令，指示五角大楼创建美国第六军种——独立的天军，通过集中美国空军、海军和其他军事单位各自拥有的太空功能，进而从根本上改变美军结构，“以保持对中俄等战略竞争对手的优势”。

2018 年8 月9 日，美国副总统彭斯和防长马蒂斯一同现身五角大楼，介绍了特朗普政府的美国天军组建方案，发布了《关于国防部国家安全航天构成的组织和管理结构的最终报告》，报告指出，“国防部将引导把航天资源纳入天军，天军将通过威慑恶意活动保护我国经济，确保我国空间系统满足国家安全要求，并向联合和联盟部队提供至关重要的能力”。五角大楼将采取以下四项举措：第一，组建航天发展局，以快速和成规模地发展和部署航天能力；第二，建立空间作战部队，以向作战指挥员和航天发展局提供专项技能，并在危机时期大力施展专项技能；第三，建立天军治理与保障职能，国防部将制定一项立法方案，以作为2020 财年预算周期的一部分供国会考虑，政府将单独设立一个向防长报告的文职职位，负责监督新军种的成长和扩展；第四，设立由四星上将或海军将官领导的美国航天司令部，负责领导空间资产使用，美国航天司令部将负责指挥天军的运用，这也将需要由国会授权一位四星上将。

从美国、俄罗斯的一系列动作可以看出，提高自身进入太空和利用太空的能力，强化对太空的控制已经成为大国必须考虑和付诸实施的热点问题。

5G 对航天国防的影响

近几年来，美国重回大国竞争的轨道，不断深化实施以“展示对地威慑能力，隐藏作战优势能力”为核心，以发展新的军事技术和作战概念为核心的第三次抵消战略，面向多域战，构建弹性空间系统，综合利用新技术、新作战概念和新编制结构，确保美国在指定时间和地点实现作战力量的有效投送。虽然，特朗普政府已对第三次抵消战略，三缄其口，但以国防创新实验单元（DIUx）为代表的相关机构和机制仍在持续推进。未来，基于5G 高可靠、低延迟、海量连接的技术特点，其将广泛影响航天和国防应用场景。

5G 与航天始于竞争融合于应用。竞争展现在2个维度：首先，在应用层，5G 所展现出来的技术优势和高性能将严重影响商用天基通信网络的发展模式，目前ViaSat-2 卫星提供100 Mbps 的下载速率，远低于5G 的高速下载能力和低时延特点；其次，在基础层，5G 频段的大规模扩张已经对卫星频段的应用造成了影响，在C 波段，卫星运营商C 波段联盟与5G 服务的移动运营商在共享更大比例的C 波段频谱上达成共识。融合体现在3 个方面：首先，通信卫星将在5G 网络中发挥重要作用。国际电信联盟无线电通信局的Nelson Malaguti 指出，卫星已经被纳入5G标准。天基平台的高度优势造成了延迟的客观存在，也成就了高覆盖率的绝佳优势，未来在5G 地面设备难以覆盖或覆盖成本较高的区域，卫星将起到至关重要的作用。其次，在对时延较不敏感的应用场景中，特别是军用场景中空基、海基和陆基平台，将严重依赖天基通信平台——通信卫星。最后，为了支持商业卫星星座的发展，卫星地面站系统正经历新的变革，通过采用新的地面天线提高与卫星的链接速率并降低成本，进而实现更高效的空地通信。

推进人工智能在战场应用上走向深入。5G 三大应用场景包括大规模的物联网应用，这为战场全域武器平台的互联提供了硬件基础，匹配正在如火如荼发展的低轨通信卫星星座，5G 与构成物联网的众多传感器相结合，将为指挥者提供收集实时数据，使得人工智能系统能够将正在发生的实时事件、正在做出的决策、即将发生的事情、过去发生的事情，并将所有数据整合在一起，进而做出分析和预测。由5G 网络驱动的人工智能能力可以帮助军事操作员操纵无人机蜂群和地面无人车群，另外在人工智能和深度学习的推动下，卫星也在探索星上数据处理的可能性。

深刻影响战场电子情报通信领域。5G 将极大影响电磁频谱相关领域，如电子战、信号情报和通信情报。首先，5G 通信技术将可能使军队拥有专用频率，有效解决当前存在的军用移动通信系统与民用移动通信系统频段重叠共用、互相干扰的问题；其次，5G将实现基于天基卫星平台的战场强态势感知能力和战场保密通讯能力，在实时掌控战场平台的同时，能够对战场士兵身体状态进行监控，进而实现战场兵力调整，制定对抗措施；再次，通过电子对抗等影响对方精确制导武器甚至作战平台的制导和通信功能，进而压制敌方C4ISR 能力等。

有望颠覆未来航天制造模式。当前，工业领域无线技术主要应用于设备及产品信息的采集、非实时控制和实现工厂内部信息化等。由于在可靠性、数据传输速率、覆盖距离、移动性等方面的不足，导致当前工业领域无线技术并未能广泛应用。随着5G 技术的不断发展成熟，特别是其特有的低时延、高可靠、以及大带宽等特性，使得无线技术应用于现场设备实时控制、远程维护及操控、工业高清图像处理等工业应用新领域成为可能，同时也为未来柔性产线、柔性车间奠定了基础，与3D 打印的结合将实现定制化柔性生产，5G 将开启工业无线未来发展。航天制造领域，卫星制造和运载火箭相关零部件的制造，5G+智能航天制造将以更快的速度支撑航天迭代创新与发展。

2019 年2 月，OneWeb 将首批6 颗卫星发射升空。2019 年5 月，SpaceX 公司星链（Starlink）首批60颗卫星成功进入预定轨道。太空已经进入一个新的次元，美国空军也正在积极探索美军对商用太空互联网的应用问题。可以预见的未来，5G 构筑起的将是下一代通信网络基础，其基础性和衍生效应将进一步增强，对各领域的辐射将进一步深入，未来的战场将是以网络为中心，以天基平台为支撑的战场。这个网络的典型特征是由1 个或几个有限的核心网络，若干接入网络、传感器网络、武器装备系统组成，并包括个人网络等。随着5G 通信技术的应用和普及，5G 将进一步放大天基平台的能力，天基平台的优势将进一步释放，美国对5G 控制权的不遗余力和组建天军的决心，正是暗示了这其中的联系，未来“5G+军事航天”将是大国竞争的焦点。